1. Volume analysis of perfusion MRI for caracterization and follow-up of glioblastomas
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Roques, Margaux, Toulouse Neuro Imaging Center (ToNIC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Paul Sabatier - Toulouse III, Fabrice Bonneville, and STAR, ABES
- Subjects
Glioblastome ,Volume sanguin cérébral ,Fractional parameter ,Imagerie par résonance magnétique ,[INFO.INFO-IM]Computer Science [cs]/Medical Imaging ,[INFO.INFO-IM] Computer Science [cs]/Medical Imaging ,Cerebral blood volume ,Perfusion DSC ,Magnetic resonnance imaging ,Glioblastoma ,DSC perfusion ,Paramètre fractionnel - Abstract
Introduction: Magnetic resonance imaging (MRI) plays a central role at the time of diagnosis and throughout the follow-up of patients with glioblastoma (GBM). Perfusion-weighted imaging after injection of gadolinium makes it possible to assess tumor neoangiogenesis by calculating perfusion parameters, such as relative cerebral blood volume (rCBV), correlated with tumor grade and patient prognosis. The use of this sequence is recommended during the follow-up of GBMs, as treatments may be the cause of phenomena mimicking tumor progression, such as pseudoprogression (PsP). Its diagnosis, both in imaging and in histology, remains a challenge in neuro-oncology. The classical perfusion-MRI analysis method, by selection of regions of interest (ROI), has a high inter-observer variability and is responsible for lesion sampling, potentially detrimental for heterogeneous lesions such as GBM or PsP. However, no alternative method is offered in clinical practice. From a volume analysis of perfusion-MRI, we developed a perfusion parameter evaluating the hypervascularized tumor fraction, then assessed its reproducibility and clinical interest during the follow-up of patients with GBM. Methods: Our parameter was calculated after manual segmentation of the contrast-enhanced lesion on the post-contrast 3DT1-weighted images, then extraction of the perfusion data from all the pixels included in the segmented volume and finally calculation of the proportion of these pixels possessing a value of rCBV above a predefined threshold, in this case 2. The reproducibility of this fractional parameter, called %rCBV>2, was evaluated by the intra-class correlation coefficient (ICC) and the coefficient of variation (CV), after 3 operators performed its measurement on MRIs of 27 newly diagnosed GBMs. We then analyzed its performance for the diagnosis of PsP, on a retrospective cohort of patients with progressive lesion on the 1st post-treatment follow-up MRI. Finally, from a multicenter and prospective cohort, we measured this parameter on the 1st follow-up MRI of all the included patients and studied its correlation with early progression and patient survival. Results: The measurement of %rCBV>2 had excellent inter- and intra-observer reproducibility (ICC=0.94 and 0.91, respectively; CV15%). In our 1st cohort of 25 patients, %rCBV>2 was correlated with the development of PsP, whether calculated on the MRI performed at diagnosis (PsP: 57.5% vs. progression: 71.3%; p=0.033) or on the 1st follow-up MRI (PsP: 22.1% vs. progression: 51.8%; p=0.0006; AUC=0.909). In the 2nd cohort of 46 patients, no correlation was demonstrated between %rCBV>2 and early progression or survival. Conclusion: We have developed a volume analysis of perfusion-MRI to assess the hypervascularized fraction of a lesion using the fractional parameter: %rCBV>2. Its reproducibility was excellent, superior to the classic ROI method. While its results were promising for establishing the diagnosis of PsP on early follow-up MRI of a retrospective cohort, we were unable to show any correlation between the measurement of this parameter and tumor progression or patient survival on a multicenter prospective cohort. Still, this fractional parameter appears very reproducible and potentially more representative than the classic rCBV to assess the perfusion of heterogeneous lesions such as GBM. However, its use in clinical practice as an MRI biomarker still requires validation steps on larger, multicenter and prospective cohorts., Introduction : L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est indispensable au moment du diagnostic et tout au long du suivi des patients atteints de glioblastome (GBM). L'IRM de perfusion après injection de gadolinium permet d'apprécier la néoangiogenèse tumorale par le calcul de paramètres perfusionnels, comme le volume sanguin cérébral relatif (rCBV), corrélé au grade tumoral ou encore au pronostic du patient. L'utilisation de cette séquence est recommandée au cours du suivi des GBM, les traitements pouvant être à l'origine de phénomènes mimant une progression tumorale, comme la pseudoprogression (PsP). Son diagnostic, tant en imagerie qu'en histologie, reste un enjeu en neuro-oncologie. L'analyse classique de la séquence de perfusion, par sélection de régions d'intérêt (ROI), possède une importante variabilité inter-observateur et est à l'origine d'un échantillonnage de la lésion, potentiellement préjudiciable pour des lésions hétérogènes comme les GBM ou la PsP. Cependant, aucune méthode alternative n'est proposée en pratique clinique. A partir d'une analyse volumique de l'IRM de la perfusion, nous avons développé un paramètre perfusionnel évaluant la fraction tumorale hypervascularisée, puis avons évalué sa reproductibilité et son intérêt clinique au cours du suivi de patients atteints de GBM. Méthodes : Notre paramètre était calculé après segmentation manuelle du volume de la prise de contraste sur la séquence 3DT1 injectée, puis extraction des données de perfusion de l'ensemble des pixels inclus dans le volume segmenté et enfin calcul de la proportion de ces pixels possédant une valeur de rCBV au-dessus d'un seuil prédéfini, en l'occurrence 2. La reproductibilité de ce paramètre fractionnel, appelé %rCBV>2, a été évaluée par le coefficient de corrélation intra-classe (ICC) et le coefficient de variation (CV) après que 3 opérateurs ont eu réalisé sa mesure sur les IRM de 27 GBM nouvellement diagnostiqués. Nous avons ensuite analysé ses performances pour le diagnostic de PsP, sur une cohorte rétrospective de patients atteints de GBM en progression sur la 1ère IRM de suivi post-thérapeutique. Enfin, à partir d'une cohorte prospective et multicentrique, nous avons mesuré ce paramètre sur la 1ère IRM de suivi de l'ensemble des patients et étudié sa corrélation avec l'évolutivité précoce ainsi que la survie des patients. Résultats : La mesure du %rCBV>2 possédait une excellente reproductibilité inter- et intra-observateur (ICC=0.94 et 0.91 respectivement; CV15%). Sur notre 1ère cohorte de 25 patients, le %rCBV>2 était corrélé au développement d'une PsP, qu'il soit calculé sur l'IRM réalisée au diagnostic (PsP: 57.5% vs progression : 71.3%; p=0.033) ou sur la 1ère IRM de suivi (PsP : 22.1% vs progression: 51.8%; p=0.0006; AUC=0.909). Sur la 2ème cohorte de 46 patients, aucune corrélation n'a été mise en évidence entre le %rCBV>2 et l'évolutivité précoce ou la survie. Conclusion : Nous avons développé une méthode d'analyse volumique de l'IRM de perfusion permettant d'évaluer la fraction hypervascularisée d'une lésion grâce au paramètre fractionnel %rCBV>2. Sa reproductibilité était excellente, supérieure à la méthode classique d'analyse par ROI. Si ses résultats étaient prometteurs pour établir le diagnostic de PsP sur l'IRM de suivi précoce d'une cohorte rétrospective, nous n'avons pas pu montrer de corrélation entre la mesure de ce paramètre et l'évolutivité tumorale ou la survie des patients sur une cohorte prospective multicentrique. Ce paramètre fractionnel apparait toutefois très reproductible et potentiellement plus représentatif que le classique rCBV pour apprécier la perfusion de lésions hétérogènes tels que les GBM. Son utilisation en pratique clinique en tant que biomarqueur en IRM nécessite cependant encore des étapes de validation sur des cohortes plus larges, multicentriques et prospectives.
- Published
- 2022